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南海上层水温的准双周和天气尺度变化

张亚妮  
【摘要】:本文运用南海季风实验(SCSMEX)期间台湾大学海洋研究所布设于南海中部的三个ATLAS(Autonomous Temperature Line Acquisition System)锚定浮标观测资料(1998年4月~1999年4月),采用谱分析方法(胡基福1996)确认了南海上层水温存在不同时间尺度的温度变化,并运用谐波分析技术(胡基福1996)分别提取了年变化、半年变化、季节内变化、准双周变化(10~20天)及天气尺度变化(3~10天)。着重分析讨论了南海中部三个站表层水温(SST)和次表层水温的准双周变化和天气尺度变化的基本特征、形成机理及影响因子,填补了这一研究领域的空白;同时,结合前人的工作,总结比较了南海上层水温的多时间尺度变化特征。本论文主要获得了以下结论,从而加深对南海上层海洋热力结构的进一步认识。 对三个站表层和次表层水温资料进行功率谱估计,发现表层和次表层水温显著存在准双周变化和天气尺度变化信号,尤其是SCS1站次表层,解析方差分别可达8%和3%,显示出准双周变化和天气尺度变化的相对重要性。 ●南海上层水温的准双周变化 本文发现并研究南海SST和次表层水温的准双周变化,获得了创新性成果。 南海上层水温存在准双周(10-20天)变化,且次表层变化的振幅远大于表层,尤其在冬半年;温跃层的季节变化对其有调制作用,当温跃层加深时,次表层水温准双周变化最大振幅所在深度随之加深,当温跃层变浅时,次表层水温准双周变化最大振幅所在深度也变浅;在表层和次表层,水温变化振幅均是北部大于南部,受冬季风的影响显著。南海上层水温的准双周变化在垂向主要可分为四种模态,即上下变化同位相、反位相、次表层先于表层,表层先于次表层。 低层大气准双周振荡的强迫,是造成上层水温相同周期变化的主要原因。在准双周尺度上,SST的变化主要受海表净热通量的影响,冬季风期间潜热通量和感热通量占主导地位,夏季风期间潜热通量和短波辐射占主导地位;风应力旋度场较强时,次表层水温的变化可以影响到表层,引起SST较大振幅的变化。次表层水温的变化主要由温跃层的垂向位移引起,而温跃层深度的变化一般与风应 力旋度的变化有关,有时,风混合和海洋层化过程也能引起温跃层的起伏。 垂向四模态的形成与大气强迫的性质及大气、海洋背景环境有关。 .南海上层水温的天气尺度变化 本文发现并研究了南海上层水温的天气尺度(3一10天)变化,获得了以下 主要结论。 南海上层水温存在天气尺度变化,尤其是次表层,其振幅远大于表层。天气 尺度上,南海上层水温的变化存在北强南弱的经向差异,且这种差异的幅度由北 向南减小;存在显著的季节差异,不同站点,情况有所不同;存在多种垂向模态, 按上下水温变化的次序,主要表现为上下同位相、上下反位相、表层先于次表层、 次表层先于表层、次表层内上下反位相。次表层水温的天气尺度变化受温跃层季 节循环的调制,SCSI站与温跃层的季节变化一致,SCSZ站与年变化一致,SCs3 站与半年变化一致。 天气尺度上,SST的变化受海表净热通量的控制,且以潜热通量和短波辐射 为主,并因季节变化稍有不同;次表层水温的变化受多种因素的影响,如风应力 旋度、海洋层化、海洋内部过程等,但主导因子因背景环境的不同而不同。 几种垂向模态的形成是不同的大气、海洋背景环境,不同机制的表层、次表 层水温变化共同作用的结果。同一模态,形成机制可能不同。 .南海上层水温的多时间尺度变化 基于前人的工作,本文总结并发现了南海上层水温的多尺度变化特征。 南海表层、次表层水温的变化存在不同的振荡周期,如年、半年、季节内、 准双周和天气尺度周期,其垂向结构随时间尺度的变化而趋于多样化,周期愈短, 垂向模态愈复杂。除SCSI站年循环外,各尺度的水温变化均存在表层弱、次表 层强的特征。在表层,年周期是最主要的,在次表层,不同站点,情况各异。 SST的变化与同一尺度的海表净热通量的变化有关,周期越小,响应时间越 短;次表层水温的变化与相同尺度的温跃层的变化有关,而温跃层的起伏主要由 风应力旋度引起,时间尺度越小,响应时间越短,影响跃层变化的原因越复杂。 不同时间尺度的水温变化是相互联系的,较短周期的变化受较长周期变化的 调制与制约。


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